Vi mennesker er muligvis endnu mere af universet, end vi forestillede os. Ifølge en undersøgelse, der er offentliggjort i tidsskriftet Physical Review C, har neutronstjerner og cellecytoplasma noget fælles: strukturer, der ligner garager i flere etager. I 2014 undersøgte blød kondenseret stoffysiker Greg Huber og kolleger biofysikken i disse former - spiraler, der forbinder jævnt fordelt ark - i det endoplasmatiske retikulum. Huber og hans kolleger opkaldte dem Terasaki Ramps efter deres opdager Mark Terasaki, en cellebiolog ved University of Connecticut.
Huber mente, at disse "parkeringsgarager" var unikke for blødt stof (som indersiden af celler), indtil han snuble over arbejdet fra kernefysiker Charles Horowitz fra Indiana State University. Ved hjælp af computersimuleringer fandt Horowitz og hans team lignende former dybt i skorpen af neutronstjerner.
”Jeg ringede til Chuck og spurgte, om han var klar over, at vi så sådanne strukturer i celler og kom med en model til dem,” siger Huber, viceadministrerende direktør for Kavli Institute for Theoretical Physics ved University of California, Santa Barbara. "Dette var nyheder for ham, så jeg indså, at vi kunne have et frugtbart samarbejde."
Som et resultat af deres samarbejde, som bemærket i Physical Review C, undersøgte de forholdet mellem to helt forskellige modeller af stof.
Atomfysikere har en meget præcis terminologi for hele klassen af figurer, de observerer i deres computermodeller af neutronstjerner: kernepasta. Det består af rør (spaghetti) og parallelle lag (lasagne), forbundet med spiralformer, der minder om Terasaki-ramper.
”De observerer de former, vi ser i cellen,” forklarer Huber.”Vi ser et rørformet netværk, vi ser parallelle ark. Vi ser ark sammenkoblet af topologiske defekter, som vi kalder Terasaki-ramper. Derfor er parallellerne meget dybe."
Salgsfremmende video:
Ikke desto mindre er deres fysik anderledes. Normalt er et stof kendetegnet ved dets fase, en tilstand, der afhænger af termodynamiske variabler: densitet (eller volumen), temperatur og tryk - faktorer, der adskiller sig markant på det nukleare og intracellulære niveau.
”For neutronstjerner udgør stærke nukleare og elektromagnetiske kræfter et kvantemekanisk problem,” forklarer Huber. - I det indre af cellen er kræfterne, der holder membranerne sammen, grundlæggende entropiske og er relateret til at minimere systemets totale frie energi. Ved første øjekast er dette helt forskellige ting."
En anden forskel er skala. I det nukleare tilfælde er disse strukturer baseret på nukleoner såsom protoner og neutroner, og disse byggesten er målt med femtometre (10-15). I tilfælde af intracellulære membraner måles skaleringslængden i nanometer (10-9). Forskellen mellem dem er ret stor (10-6), men på samme tid har de dage og de samme former.
”Det betyder, at der er noget dybere end vi forstår, hvordan man modellerer et nukleare system,” siger Huber. "Når du har en tæt samling af protoner og neutroner, som på overfladen af en neutronstjerne, glider stærke atomkrafter og elektromagnetiske kræfter dig sammen i faser af stof, som du ikke kan forudsige ved at se på små samlinger af neutroner og protoner."
Ligheden af strukturer begejstrede teoretiske fysikere og nukleære fysikere. Martin Savage fandt for eksempel over kort fra et nyt arbejde på arXiv og blev meget interesseret.”Jeg var meget overrasket over, at en sådan tilstand af stof forekommer i biologiske systemer,” siger Savage, professor ved University of Washington. "Der er bestemt noget ved det." Derudover er ligheden også meget mystisk. Dette er blot begyndelsen.
ILYA KHEL
